当前课程知识点:微积分——多元函数与重积分 > 第一章 多元函数微分学 > 第一节 多元连续函数 > 连续函数的性质-1
前面我们给出了
函数在一点连续和
函数在一个区域上一致连续的概念
那我们来看一下
连续函数的一些常用性质
我们介绍的第一个
应该就是连续函数的
在有界闭域上
有界闭区域上连续函数的性质
我们主要指的是它的有界性
还有就是它的最值存在性
我们给出一个定理
是函数f(x,y)在有界闭域D上连续
则这个函数f(x,y)在D上
是有界函数
而且一定存在两点
一点是(x1,y1)
一点是(x2,y2)
使得所有函数值里面
最小的就是f(x1,y1)
而所有的函数值里面
最大的就是f(x2,y2)
也就是对任意的(x,y)属于D
我们都有f(x,y)大于等于f(x1,y1)
小于(等于)f(x2,y2)
实际上 这个定理
不仅告诉了我们
在有界闭区域上的连续函数
它是有界的
同时它还告诉我们
实际上就是能取到
它的最小上界和它的最大下界
现在我们对这个定理
做一个简短的证明
这个证明 我们先证有界性
有界性的证明我们利用反证法
也就是说
如果我假设函数在这上面无界
假设f(x,y)在这个区域上是无界的
它当然可以不妨设
它是没有上界的
那根据没有上界的表述
我们可以这样说
也就是对于任意的一个正数m
我总能在这个里面
找到一个点Pm
使得这一点的函数值f(Pm)
它应该是大于m的
如果我们这个m取的就是正整数
也就是说对m等于1
我会找到一个点
这点的函数值是大于1的
对m等于2
则能找到另外一个点
这点的函数值是大于2的
这样我们就找到了一个点列
我们用Pm来表示
它在这个D里面
因为D是个有界集
所以说这个点列是有界点列
而有界点列它自然就应该有
有收敛的子列
我们不妨就记
这个收敛的子列的极限点
也就是k趋向于无穷时
Pm k收敛到P0
那这样子的时候
我们看一下这个P0在哪儿
因为它不仅是个有界域
它还是个闭区域
如果(是)闭区域
根据闭区域的定义
这个极限点P0
应该就在这个闭区域里面
函数在闭区域上连续
所以自然就在P0这点连续
换句话说 根据连续的定义
我们知道
k趋向于无穷时
f在Pm k这点的函数值
它的极限应该
就等于f在P0这点的函数值
这是根据函数在P0这点连续
我们得到的一个等式
而另一方面我们知道
这个点它应该是满足这个不等关系的
Pm k它应该是大于mk的
而在这个不等式两端
如果我们取极限的时候
左端它应该是个正无穷大量
那大家是不是看出矛盾来了
也就是说 这两个关系
不可能同时成立
因为它在某一点的函数值不可能
比一个正无穷大量还来得大
这个矛盾就是因为我们假设了
它没有上界
当然 你假设它没有下界
也能推出矛盾来
这样就是说 这个无界的假设
是不成立的
这样我们就证明了
有界闭区域上的连续函数
一定是有界函数
接下来我们再来证明
能够取到最值
我们只证能够取到最大值
实际上 也就是能够找到一个点
这个点它的函数值是它的最小上界
那我们就假设
设M是f(x,y)在D上的上界
而且因为有上界的时候
它就有最小上界
我们不妨就再记
M就是它的最小上界
那根据最小上界的概念
我们是不是可以得到这么一个东西
也就是说
对于任意的正整数k大于0
我们一定能找到一个点Pk属于D
使得这个点的函数值
也就是Pk这点的函数值
自然应该是小于等于它的最小上界的
但是
比它的最小上界还小一点的一个数
肯定比它来得小
也就是它会大于M减掉k分之1
这实际就是最小上界的概念
说一方面它是上界
另外一个方面
就是它再小一点就不是上界了
也就是再小一点
这里面至少有一点的函数值
比它要大
和刚才证明有界一样
这个地方我们得到的这个点列
当然是一个有界点列
所以说它应该是有收敛子列
收敛子列比如说我们用Pk r来表示
我们仍然记这个收敛子列的
这个点 比如说
我们就记这个点就是(x2,y2)
一个确定的点
它就是这个收敛子列的极限点
r趋向于无穷时
Pk r的极限点
因为这个点列 Pk r
它应该满足这个不等式
也就是f(Pk r)一方面
它小于等于它的最小上界
另外一方面它大于
它的最小上界减掉kr分之1
在r趋向于无穷时
左边是趋向于M的
右边是趋向于M
中间我们知道Pk r的极限点是(x2,y2)
而(x2,y2)应该是在这个闭区域里面的
函数在(x2,y2)这点是连续的
所以说它的极限就是f(x2,y2)
根据夹逼定理
我们自然就知道
中间这个极限
应该就是两边这个M值
这样我们就证明了
确确实实在这个有界闭域里面
有一个点(x2,y2)
它取到了它的最小上界
当然也是所有点的
函数值里面的最大值
类似地 我们也可以证明
最小值也是可以取到的
这是我们要介绍的
连续函数的第一个性质
就是说 如果它在有界闭域上连续
那么 它不仅是有界函数
而且一定是可以取到最大最小值的
-第一节 多元连续函数
--开集、闭集、区域
--二重极限的定义
--二重极限的例题
--二次极限的定义
-第一章 多元函数微分学--第一节练习题
-第二节 多元函数的偏导数
--偏导数的概念
--偏导数的几何意义
--高阶偏导数的概念
-第一章 多元函数微分学--第二节练习题
-第三节 多元函数的全微分
--全微分的概念
--可微的必要条件
--可微的充分条件
--可微的充要条件
--多元函数的原函数
-第一章 多元函数微分学--第三节练习题
-第四节 多元函数的微分法
--隐函数存在定理
--隐函数组求导法
-第一章 多元函数微分学--第四节练习题
-第五节 多元函数的方向导数与梯度向量
--方向导数的概念
--方向导数的计算
-第一章 多元函数微分学--第五节练习题
-第六节 映射及其微分
--复合映射的微分法
-第一章 多元函数微分学--第六节练习题
-第七节 多元函数的泰勒公式(以二元函数为例)
-第一章 多元函数微分学--第七节练习题
-第一节 多元函数微分学的几何应用
-第二章 多元函数微分学应用--第一节练习题
-第二节 多元函数的极值
--极值点的判别法
--极值问题举例
-第二章 多元函数微分学应用--第二节练习题
-第三节 多元函数的条件极值
--条件极值问题举例
--最小二乘法
-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题
-第一节 二重积分的概念和性质
--二重重积分引入
--二重积分定义
--二重积分性质
-第二节 二重积分的计算
-第三章重积分--第二节练习题
-第三节 极坐标系及一般坐标系
--极坐标系
--一般坐标系
-第三章重积分--第三节练习题
-第四节 三重积分
--三重积分的引入
--三重积分的定义
--三重积分的性质
--直角坐标系
--空间坐标变换
--空间柱坐标系
--球坐标系
--球坐标系例题
-第三章重积分--第四节 练习题
-第五节 第一类曲线积分
-第三章重积分--第五节 练习题
-第六节 第一类曲面积分
-第三章重积分--第六节 练习题
-第七节 含参变量积分
--含参定积分的定义
--含参积分的连续性
--含参积分的导数
--含参积分的例题
-- 广义含参积分的一致收敛性
-第三章重积分--第七节 练习题
-第一节 第二类曲线积分
-第四章 向量分析--第一节 练习题
-第二节 Green公式及其应用
-第四章 向量分析--第二节 练习题
-第三节 第二类曲面积分
--曲面的定向
-第四章 向量分析--第三节 练习题
-第四节 Gauss公式与Stokes公式
--Gauss公式
-第四章 向量分析--第四节 练习题
-第五节 无源场,保守场与调和场
--平面保守场
--势函数及其计算
--空间保守场
--常见的场
-第四章 向量分析--第五节 练习题
-第一节 微分方程的基本概念
--微分方程概念举例
-第二节 可求解的一阶微分方程(初等积分法)
--变量分离方程
--齐次型方程
-第五章 常微分方程--第二节 练习题
-第三节 高阶线性微分方程解的结构
-第五章 常微分方程--第三节 练习题
-第四节 高阶线性常系数微分方程
--欧拉方程
--欧拉方程举例
-第五章 常微分方程--第四节 练习题